07 марта 2016г.
Промышленность синтетических каучуков, постоянно совершенствуется. Внедряются новые технологии, приборы и аппараты, совершенствуются компонентные составы эмульсий и коагулирующих систем. Большое внимание уделяется разработкам, позволяющим использовать отходы и побочные продукты ряда производств при получении синтетических каучуков [1].
В производстве эмульсионных каучуков одной из проблемных стадий является стадия его выделения из латекса. Совершенствование данной технологии является важной и актуальной задачей данного производства.
Применение для выделения каучуков из латексов низко- и высокомолекулярных четвертичных солей аммония позволяет исключить применение минеральных солей и снизить загрязнение окружающей среды [2]. Полимерные четвертичные соли аммония (ПЧСА) обладают высокой коагулирующей способностью, и невысоким расходом при выделении каучука из латекса (3-5 кг/т каучука) [2]. Однако дефицитность и высокая стоимость данных продуктов отражается на себестоимости производимого каучука и сдерживает их широкое применение в промышленных масштабах. Кроме того, ПЧСА обладают высокой антисептической активностью, что требует соблюдения точных их дозировок, исключающих проскок и попадание ПЧСА на очистные сооружения. Попадание ПЧСА на очистные сооружения может привести к дестабилизации их работы и сбросу в природные водоемы загрязненных вод. Поэтому поиск новых коагулирующих агентов, для выделения каучука из латекса, весьма актуален.
Перспективными в этом плане могут оказаться отходы предприятий молочной промышленности, например, пенный концентрат подсырной сыворотки, использование которого в процессе выделения каучука из латекса СКС-30 АРК позволяет исключить применение минеральных солей [3].
На предприятиях, производящих сахар, в качестве побочного продукта в больших количествах образуется отход – меласса, которая в настоящее время выпускается двух видах: классическая (ГОСТ Р 52304-2005) и обедненная (ТУ 9112–002-01503401-2011). Анализ компонентного состава показывает, что в ее составе отсутствуют вредные и опасные для здоровья человека вещества. На основании этого можно сделать вывод о том, что отходы свеклосахарного производства, меласса, могут оказаться перспективными коагулирующими агентами и использоваться в технологии выделения каучуков из латексов.
Меласса свекловичная (патока) – отход свеклосахарного производства, сиропообразная жидкость темно- бурого цвета со специфическим запахом.
Из анализа состава мелассы следует, что она содержит 20-25 % воды, около 9 % азотистых соединений (преимущественно амидов), 58-60 % углеводов (главным образом сахара), 7-10 % золы. Интересной особенностью мелассы является то, что в результате ферментативного брожения щелочная среда мелассы постепенно смещается в сторону кислой среды с образованием соединений, содержащих карбонильные группы. Перспектива применения мелассы в качестве коагулирующего агента базируется на том, что она содержит азотистые соединения, перспектива применения которых в технологии выделения каучуков из латексов показано в работе [2].
На основе проведенного анализа состава и свойств мелассы, можно сделать вывод о том, что она может быть использована при выделении каучуков из латексов и может служить экологически чистым коагулянтом.
Цель исследования – изучение возможности применения мелассы классической для выделения каучука из латекса СКС-30 АРК с оценкой показателей резиновых смесей и вулканизатов.
Для выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса СКС-30 АРК исходный раствор мелассы разбавляли водой до концентрации 13-15 %, а сам процесс проводили по методике, описанной в работе [4].
В емкость для коагуляции вводили 10-20 мл латекса (сухой остаток 22,1 %) и помещали в термостат для поддержания заданной температуры. После термостатирования в течение 10-15 минут каучуковый латекс смешивали с расчетным количеством водного раствора мелассы. Перемешивали в течение 2-3 минут и добавляли раствор серной кислоты (с концентрацией 1,0-2,0 %) для поддержания кислой среды коагуляции. Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы (серума), промывали в воде и сушили при 80-85 оС. Высушенные образцы каучука взвешивали и рассчитывали в процентах выход крошки каучука для оценки коагулирующей способности мелассы.
Установлено закономерное повышение выхода крошки каучука с увеличением дозировки мелассы. Полноту выделения каучука из латекса достигали при расходе мелассы 180-190 кг/т каучука (по сухому остатку), при расходе серной кислоты 15 кг/т. При этом было отмечено, что pH среды повышалась с 2,5-3 (при расходе мелассы 20 кг/т каучука) до 4,5-5 (при расходе мелассы 180 кг/т каучука). Это может быть связанно с тем с частичным расходом кислоты на зарядку азотсодержащих соединений, в частности бетаина, присутствующего в водном растворе мелассы. С увеличением расхода мелассы возрастает и количество бетаина в подаваемом ее водном растворе, что и приводит к увеличению расхода серной кислоты.
Отмечена интересная закономерность по влиянию температуры на полноту выделения каучука из латекса. Эксперимент показал, что повышение температуры с 20 до 60 оС приводит к снижению выхода крошки каучука.
Это может быть обусловлено тем, что при низких температурах снижается растворимость и вымываемость из крошки каучука коагулирующего агента, а также продуктов его взаимодействия с компонентами эмульсионной системы. Кроме того, при более низких температурах отмечается образование более плотного коагулюма, в то время как повышение температуры приводит к увеличению «рыхлости» образуемой крошки каучука. Образование плотного коагулюма приводит к захвату им компонентов эмульсионной системы, и масса его становится более высокой.
В промышленных условиях выделение каучука из латекса проводят при рН среды ~ 3,0 [5]. Для выдерживания такого значения рН необходимо (с увеличением расхода мелассы с 10 до 190 кг/т каучука) повышать расход серной кислоты с 15 до 30 кг/т каучука. При этом полноту выделения каучука из латекса достигали при расходе мелассы 70-90 кг/т каучука, что в 2 раза ниже, чем в случае выдерживания постоянного расхода серной кислоты.
Полученные положительные результаты по применению
в технологии выделения
эмульсионного каучука из латекса отхода свеклосахарного производства – мелассы должны быть подтверждены и физико- механическими
показателями вулканизатов, полученных
на основе данных
каучуков. Если данные показатели не будут соответствовать требованиям ТУ 38.40355-99 и ГОСТ 11178-75 на каучуки,
то перспективность применения мелассы в технологии производства эмульсионных каучуков
потеряет свою перспективность.
Установлено, что вулканизаты, полученные
на основе
образцов каучука,
выделенного мелассой, соответствовали предъявляемым требованиям и были аналогичны контрольному образцу, выделенного хлоридом натрия.
Выводы
1. Расход мелассы на выделение каучука из латекса
соответствует расходу
хлорида натрия при сохранении расхода серной
кислоты 15 кг/т каучука
и повышении рН среды коагуляции с 3,0 до 4,5-5,0.
2. Повышение расхода серной
кислоты с 15 до 30 кг/т каучука снижает
расхода мелассы до 70-90 кг/т каучука при сохранении постоянного значения рН коагулируемой смеси 2,5-3,0.
3.
Установлено, что процесс коагуляции целесообразно вести при пониженных температурах.
4. Резиновые смеси и вулканизаты, полученные на основе каучука,
выделенного из латекса с применением мелассы, соответствуют предъявляемым требованиям.
Список литературы
1.
Никулин С.С., Шеин В.С., Злотский
С.С., Черкашин М.И., Рахманкулов Д.Л. Отходы и побочные
продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза. М.: Химия, 1989. 240 с.
2.
Вережников В.Н., Никулин
С.С. Химическая промышленность сегодня.
2004. № 11. С. 26-37.
3.
Никулин С.С.,
Щетилина
И.П.,
Родионова
Н.С., Кондратьева
Н.А.
Производство и использование эластомеров.
2004 № 6. С. 4 .
4.
Пояркова Т.Н., Никулин
С.С., Пугачева И.Н., Кудрина Г.В., Филимонова О.Н. Практикум
по коллоидной
химии латексов. М.: Издательский дом Академии
Естествознания. 2011. 124 с.
5.
Аверко-Антанович
Л.А., Аверко-Антонович Ю.О., Давлетбаева И.М., Кирпичников
П.А.
Химия и технология синтетического каучука. М.: Химия, КолосС,
2008. 357 с.
